Νανοτεχνολογία Σετ πειραμάτων Νάνο-Χημείας

Νανοτεχνολογία Σετ πειραμάτων Νάνο-Χημείας

Γιατί αλλάζει το χαρακτηριστικό χρώμα του χρυσού όταν τα σωματίδια του είναι μικρότερα από 5 nm; Πού μπορούν να εφαρμοστούν τέτοια αποτελέσματα στη βιομηχανία σήμερα; Πώς μπορεί το λυκοπόδιο να είναι υπερ-υδρόφοβο και ταυτόχρονα να προκαλεί ισχυρές εκρήξεις;

Αυτό το κιτ πειράματος παρέχει σχετικές απαντήσεις σε όλες αυτές τις ερωτήσεις. Ελπίζουμε ότι τα πειράματα που περιγράφονται εδώ θα σας βοηθήσουν να περάσετε μερικές ενδιαφέρουσες ώρες στον κόσμο των μικρών
σωματιδίων και των λεπτών δομών.
Μερικά από τα πειράματα που παρουσιάζονται εδώ προορίζονται μόνο για επίδειξη, ενώ άλλα μπορούν να ενσωματωθούν σε μαθήματα υπό την επίβλεψη ενός δασκάλου χωρίς υπερβολική προετοιμασία.

Το σετ πειραμάτων Νάνο-Χημείας περιλαμβάνει:

1.Προστατευτικά γυαλιά

2. Πλαστική λαβίδα

3. Κερί

4. Ξύλινο δάπεδο χωρίς επίστρωση

5. Ξύλινο δάπεδο με επίστρωση

6. Ύφασμα

7. Σπρέι πυροπροστασίας

8. Διάλυμα κιτρικού οξέος

9. Διάλυμα τενζιδίου

10. Σπρέι για επικάλυψη σε ξύλο και πέτρα

11. Διάλυμα auric chloride

12. Προστατευτικά γάντια

13. Φύλλο γυαλιού

14. Αποξεστικό σφουγγάρι

15. Τεστ εγκυμοσύνης

16. Πιπέτες

17. Αόρατο μελάνι

18. Σπόροι Λυκοποδίου

19. Γυάλινα φιαλίδια με πώμα

20. Πινέλο

Αναλυτικά τα πειράματα:

Πείραμα 1: Πειράματα για την επίτευξη του «φυσικού καθαρισμού» του λωτού;
Ο στόχος αυτού του πειράματος είναι να προσδιορίσει εάν ορισμένα υλικά έχουν υδρόφοβη επιφάνεια. Οι υδρόφιλες ίνες σε μερικές από τις επιφάνειες των φύλλων ασκούν συγκολλητικές δυνάμεις στο νερό, οι οποίες αυξάνουν όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνειά τους (ή όσο πιο σκληρή είναι η επιφάνεια του χαρτιού). Για το λόγο αυτό, η σταγόνα νερού απλώνεται πάνω στην επιφάνεια σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό. Στη φύση, αυτό το φαινόμενο φυσικού καθαρισμού είναι υπεύθυνο για την επιφάνεια του φύλλου που απομένει ως επί το πλείστον καθαρό.

Πείραμα 2: Υδρόφοβες τεχνητές επιφάνειες
Παράλληλα με το φυσικό φαινόμενο λωτού που συναντάται στο φυτικό και ζωικό βασίλειο, μπορεί κανείς να εφαρμόσει ένα είδος «φαινομένου λωτού» σε σχεδόν κάθε είδος τεχνητής επιφάνειας, δηλ. ένα υδατοαπωθητικό, υδρόφοβο αποτέλεσμα. Αυτό δεν πρέπει πάντα να βασίζεται σε μια μικροδομή, καθώς οι υδρόφοβες ιδιότητες μπορούν να προστεθούν σε επιφάνειες εφαρμόζοντας μια επικάλυψη που περιέχει φθοριωμένες ενώσεις, ένα αποτέλεσμα παρόμοιο με του Teflon. Πρέπει, ωστόσο, να επισημάνουμε ότι μια πραγματική επιφάνεια λωτού βασίζεται πάντα σε μικροδομές. Μόνο το ορατό φαινόμενο είναι το ίδιο.

Πείραμα 3: Παραγωγή υδρόφοβης επιφάνειας σε ξύλο ή σε ορυκτό υλικό
Αυτό το πείραμα αφορά την ανάπτυξη τεχνητών υδρόφοβων επιφανειών σε υλικά όπως ξύλο ή πέτρα (θα κάνετε υδρόφοβη [υδατοαπωθητική] επεξεργασία.

Πείραμα 4: Παραγωγή υδρόφοβης επιφάνειας σε υφάσματα
Όπως και στο προηγούμενο πείραμα, θα αναπτύξετε ένα υδρόφοβο αποτέλεσμα και σε αυτό το πείραμα. Βασίζεται στην ίδια αρχή με το Πείραμα 2. Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση αντιμετωπίζετε ένα ειδικό εμποτισμό για να αποκτήσετε ένα υδρόφοβο και ελαιόφοβο (απωθητικό λαδιού) για υφάσματα και χαρτί.

Πείραμα 5: Αόρατο μελάνι για γυαλί – παραγωγή υδρόφιλης επιφάνειας (αντι-ομίχλη)
Τώρα θα μάθετε πώς να αναπτύξετε το αντίθετο του υδρόφοβου αποτελέσματος, δηλαδή το υδρόφιλο (φιλικό προς το νερό) αποτέλεσμα. Αυτό που είναι τόσο ξεχωριστό για μια επιφάνεια που έχει υποστεί επεξεργασία με την αποκαλούμενη «αντι-ομίχλη επίστρωση» είναι το γεγονός ότι δεν απορροφά νερό αλλά ότι τα υδατικά διαλύματα «απλώνονται» (δηλ. διασκορπίζονται). Αντί να δούμε μια σταγόνα, δεν βλέπουμε «τίποτα». Σε αυτό το πείραμα επεξεργαζόμαστε μια γυάλινη επιφάνεια με έναν υδρόφιλο παράγοντα για να γράψουμε πάνω ένα κρυφό μήνυμα.

Πείραμα 6: Επίστρωση ξύλου ανθεκτική στις γρατζουνιές
Γενικά, τα πάνελ MDF (μέσης πυκνότητας ινόπλακες) χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εσωτερικών πορτών, μπροστινών και πίσω τμημάτων των επίπλων με σχέδια ξύλου. Τα σχέδια τυπώνονται χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές τύπωσης, όπως τύπωση inkjet στα πάνελ. Ένα πρόβλημα που συνδέεται συχνά με αυτήν τη διαδικασία είναι ότι η επιφάνεια είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη σε μηχανική καταπόνηση και, επομένως, μπορεί να γρατζουνιστεί εύκολα.
Προκειμένου να προστατευθούν τα σχέδια στα πάνελ MDF εφαρμόστηκε μια διαφανής, λεπτή προστατευτική επίστρωση 10 χιλιοστών, στην οποία ενσωματώθηκαν νανοσωματίδια. Αυτό δίνει στα πάνελ μεγαλύτερη σταθερότητα. Ακόμα κι αν ξύσουμε την επιφάνεια με συρμάτινη βούρτσα, το πάνελ δεν θα γρατζουνιστεί.

Πείραμα 7: Πυροπροστασία
Το χαρτί, το χαρτόνι ή το ξύλο αποτελούνται ως επί το πλείστον από κυτταρίνη, ένας υδατάνθρακας. Όταν το διάλυμα χύνεται πάνω στο χαρτί και θερμαίνεται, ο φωσφορίτης ενώνεται χημικά με τον υδατάνθρακα και μετατρέπεται σε άνθρακα, αλλά χωρίς καύση στη διαδικασία. Σχηματίζονται εστέρες φωσφορικού οξέος, οι οποίοι αποσυντίθενται υπό θερμότητα για να γίνουν φωσφορικό οξύ και άνθρακας. Οι ενώσεις αζώτου σε αυτήν την περίπτωση έχουν την ακόλουθη λειτουργία:
η θερμότητα προκαλεί το σχηματισμό αερίου αζώτου (το οποίο από μόνο του είναι άφλεκτο) και μετατοπίζει το οξυγόνο που απαιτείται στην πηγή της φωτιάς (δεν υπάρχει φλόγα χωρίς οξυγόνο).

Πείραμα 8: Αναγνώριση κολλοειδών μέσω του φαινομένου Tyndall
Χρησιμοποιώντας αρκετά απλές μεθόδους θα δείτε πώς η νανοκλίμακα, τα κολλοειδή συστήματα σε υγρά μπορούν να ανιχνευθούν μέσω του φαινομένου Tyndall.

Πείραμα 9: Παραγωγή χρυσού νανοκλίμακας
Στο ακόλουθο πείραμα θα παράγουμε συστάδες χρυσούς νανοκλίμακας που θα είναι εύκολα αναγνωρίσιμος μέσω της εκδήλωσης ενός τυπικού κόκκινου χρώματος ρουμπινιού.
Ένας τρόπος παραγωγής χρυσού νανοκλίμακας είναι μέσω της κιτρικής μεθόδου. Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει την παραγωγή κολλοειδών χρυσού ή συστάδων χρυσού σε ένα διάλυμα.
Το πείραμα βασίζεται σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής τετραχλωροχρυσικού οξέως (γνωτό ως τετραχλωροχρυσικό οξύ (III) τριένυδρο) στο οποίο τα ιόντα χρυσού ανάγονται σε συστάδες ατόμων χρυσού. Ο μειωτής κιτρικού νατρίου όχι μόνο χρησιμεύει για τη μείωση του χρυσού, αλλά λειτουργεί και ως μέσο σκέδασης για τη σταθεροποίηση των δημιουργημένων συστάδων χρυσού. Με την προσθήκη του μειωτήρα, η πήξη των μεταλλικών ιόντων σταματά. Το αποτέλεσμα είναι ένα σύμπλεγμα κολλοειδούς που περικλείεται από έναν προσδέτη.

Πείραμα 10: Εκτόξευση φωτιάς με μικρά σωματίδια
Το λυκοπόδιο (επίσης γνωστό με τα κοινά ονόματα πόδι λύκου ή ουρά αλεπούς) είναι ένα φυτό που ανήκει στο γένος των κρυπτόγαμων. Στο παρελθόν, οι σπόροι λυκοποδίου (σπόροι από το lycopodium clavatum) χρησιμοποιήθηκαν για ιατρικούς σκοπούς για να στεγνώνουν τις πληγές (αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο φέρει επίσης το όνομα του αλευριού της μάγισσας).
Σήμερα, οι σπόροι του λυκοποδίου χρησιμοποιούνται σε πυροτεχνικά προϊόντα και χρησιμεύουν στην εγκληματική επιστήμη για την αποκάλυψη δακτυλικών αποτυπωμάτων (σε συνδυασμό με άλλες ουσίες).

Πείραμα 11: Υπερ-υδροφοβία
Μια επιφάνεια θεωρείται υδρόφοβη όταν η γωνία επαφής μεταξύ των σταγονιδίων νερού και της επιφάνειας υπερβαίνει τις 90 μοίρες. Μια υπερ-υδρόφοβη επιφάνεια είναι εκείνη στην οποία η γωνία επαφής υπερβαίνει τις 150 μοίρες. Μια επιφάνεια γίνεται πιο υδρόφοβη καθώς γίνεται
πιο τραχιά.  Τέτοιες επιφάνειες είναι επίσης γνωστές ως επιφάνειες φακίρηδες, καθώς η σταγόνα είναι σαν φακίρης σε ένα κρεβάτι καρφιών, που έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια μόνο σε ορισμένα σημεία. Μεταξύ των σημείων επαφής σε αυτές τις επιφάνειες σχηματίζονται θύλακες αέρα, γεγονός που μειώνει περαιτέρω την πρόσφυση.